特許7191881タービンホイール及びタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-09
(45)【発行日】2022-12-19
(54)【発明の名称】タービンホイール及びタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法
(51)【国際特許分類】
F01D 5/30 20060101AFI20221212BHJP
【ＦＩ】
F01D5/30
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020020330
(22)【出願日】2020-02-10
(65)【公開番号】P2021124105
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2021-12-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】坂本 芳樹
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 泰行
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 義剛
【審査官】嘉村 泰光
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－５５２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１６９８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－５５４０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５４－１３０７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５５１９６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第２６６７３２７（ＵＳ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０９４８８３９０（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ １／００－１１／２４
Ｆ０１Ｄ ２５／００
Ｆ０１Ｄ ２５／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービン動翼を軸方向から挿入して嵌合させるための嵌合溝を形成する植込み部を外周縁部に間隔をあけて複数有し、前記タービン動翼の前記嵌合溝に沿った移動を阻止する環状の固定ワイヤを外周縁部に保持可能なタービンホイールであって、周方向の両側及び径方向内方側が開口するように前記植込み部の軸方向一方側に設けられ、前記固定ワイヤの一部を収容可能な収容部を前記植込み部と共に形成する複数のタブ部と、
前記固定ワイヤを前記収容部内に保持するためのワイヤ保持ピンとを備え、
前記複数のタブ部のうち幾つかのタブ部は、径方向内端から径方向外方側に向かって延在し前記ワイヤ保持ピンが挿入可能なピンスロット部を有し、
前記ワイヤ保持ピンは、
前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が小さい第１ピン部と、
前記第１ピン部の軸方向一方側に設けられ、前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が大きい第２ピン部とを有し、
前記第１ピン部は、互いに離隔可能な複数の分割片を先端部に有し、
前記ワイヤ保持ピンは、前記第１ピン部が前記ピンスロット部内に位置すると共に前記第２ピン部が前記収容部内に位置するように配置され、且つ、前記第１ピン部の前記分割片が外側に屈曲されて前記タブ部に固定されている
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項2】
請求項１に記載のタービンホイールにおいて、前記ワイヤ保持ピンは、段差面を有する段付き構造のピンであり、
前記ワイヤ保持ピンは、前記段差面が前記タブ部の前記収容部側の壁面に押し当てられるように構成されている
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項3】
請求項１に記載のタービンホイールにおいて、前記ピンスロット部を有するタブ部のうち少なくとも１つのタブ部は、前記ピンスロット部の径方向外方側の端部における外表面側の開口縁部に座ぐり部を有する
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項4】
請求項１に記載のタービンホイールにおいて、前記ワイヤ保持ピンは、工具の差込が可能な中空部を有する
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項5】
請求項４に記載のタービンホイールにおいて、前記ワイヤ保持ピンは、前記第１ピン部における前記中空部の開口縁部に面取部を有する
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項6】
請求項１に記載のタービンホイールにおいて、前記第１ピン部は、前記分割片を２つ有し、
前記ワイヤ保持ピンは、前記分割片の２つの並び方向が前記ピンスロット部の延在方向に対して直交するように配置されている
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項7】
請求項１に記載のタービンホイールにおいて、前記第１ピン部は、前記分割片を３つ以上有する
ことを特徴とするタービンホイール。
【請求項8】
タービン動翼を軸方向から挿入して嵌合させるための嵌合溝を形成する植込み部と、前記タービン動翼の前記嵌合溝に沿った移動を阻止する固定ワイヤの一部を収容可能な収容部を前記植込み部と共に形成するように前記植込み部の軸方向一方側に設けられたタブ部と、を外周縁部に有するタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法であって、前記タブ部における径方向内端から径方向外方側に向かって延在するピンスロット部に対して、前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が大きい前記ワイヤ保持ピンの第２ピン部を前記収容部側に位置させた状態で、前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が小さい前記ワイヤ保持ピンの第１ピン部を挿入し、
前記ワイヤ保持ピンを前記ピンスロット部に沿って移動させて前記ピンスロット部の径方向外方側の端部に当接させ、
前記ワイヤ保持ピンの前記第１ピン部の先端部の複数の分割片を外側へ屈曲させて前記タブ部の外表面に押し付けることで前記ワイヤ保持ピンを前記タブ部に固定する
ことを特徴とするタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法。
【請求項9】
請求項８に記載のタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法であって、前記ワイヤ保持ピンの前記複数の分割片は、２つの分割片であり、
前記ワイヤ保持ピンを前記ピンスロット部に挿入する際に、前記２つの分割片の並び方向が前記ピンスロット部の延在方向に対して直交するように前記ワイヤ保持ピンを配置する
ことを特徴とするタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法。
【請求項10】
請求項８に記載のタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法であって、前記ワイヤ保持ピンを前記ピンスロット部の径方向外方側の端部に当接させた後に、前記ワイヤ保持ピンの前記第２ピン部と前記植込み部との隙間にシムを配置し、
前記ワイヤ保持ピンを前記タブ部に固定した後に、前記シムを抜き取る
ことを特徴とするタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスタービンのタービンホイール及びタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮機からの圧縮空気を燃料と混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスによって軸動力を得るタービンとで大略構成されている。タービンは、燃焼ガスの運動エネルギを回転動力に変換するタービンロータを備えている。タービンロータは、外周縁部の全周に亘って複数のタービン動翼を放射状に配置した円盤状のタービンホイールを軸方向に複数段積層して構成されている。
【0003】
タービンホイールとタービン動翼の結合構造の１つとして、タービンホイールの外周縁部に設けた嵌合溝（嵌合用スロット）に対してタービン動翼の翼植込み部をロータ軸方向から挿入して結合させるものがある。タービンホイールの嵌合溝は、ロータ軸方向に略平行な方向に延在している。タービン動翼の翼植込み部は、タービンホイールの嵌合溝に対して相補的な形状に形成されている。この結合構造では、タービンロータの回転に伴いタービン動翼に径方向外側の向きの遠心力が作用してタービン動翼の翼植込み部がタービンホイールの嵌合溝に係合することで、タービン動翼がタービンホイールに固定される。
【0004】
この結合構造では、タービン動翼の翼植込み部がタービンホイールの嵌合溝に沿ってロータ軸方向へ移動することが可能なので、固定ワイヤを用いてタービン動翼のロータ軸方向への移動を阻止するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、タービンホイールの外周縁部に形成された複数の第１の保持スロットと複数のタービン動翼の各々の翼植込み部に形成された複数の第２の保持スロットとが整合することで、タービンホイールの外周縁部の全周に亘って延在し径方向内側に開口する環状保持スロットが形成される。この環状保持スロット内に環状の固定ワイヤを配置することで、複数のタービン動翼の嵌合溝に沿った移動が阻止されている。固定ワイヤを環状保持スロット内に保持するために、タービンホイールにおける固定ワイヤの径方向内側の位置に保持ピンが取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１１－２１６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、ガスタービンは、高温高圧の燃焼ガスによってタービンロータの軸動力を得るものなので、タービンホイールやタービン動翼等のタービンロータを構成する各部を冷却空気により冷却し、各部の温度上昇を抑制する必要がある。ガスタービンでは、一般的に、圧縮機から抽出した圧縮空気を冷却空気として用いている。この場合、冷却空気の流量を増加させることは、圧縮機から抽気する圧縮空気の流量を増加させることを意味する。したがって、冷却空気の流量を増加させると、その分、タービンロータを駆動する燃焼ガスの流量が減少するので、ガスタービン全体の効率が低下する。
【0007】
ガスタービンの高効率化の有効な手段の１つとして、タービンロータの各部を冷却する冷却空気を削減することが挙げられる。この場合、タービンホイールの軸方向の前後に形成されたホイールスペース内の雰囲気温度が上昇する。そこで、タービンホイールの材質を従来の１２Ｃｒ鋼材よりも耐熱性の優れたＮｉ基合金に変更することが提案されている。ただし、Ｎｉ基合金の材料により形成された部品では、残留引張応力が生じた状態において高温環境下で使用されると、残留引張応力に起因した割れの発生が懸念されている。
【0008】
特許文献１に記載の技術では、固定ワイヤを環状保持スロット内に保持するために、タービンホイールの外周縁部に保持ピンが固定されている。このような保持ピンによる固定ワイヤの保持構造においては、タービンホイールの外周縁部の一部をかしめることで保持ピンを固定するものがある。この場合、タービンホイールのかしめ部分及びその周辺部に残留引張応力が生じてしまう。このような保持ピンの固定構造のタービンホイールに対してＮｉ基合金の材質を適用した場合、かしめにより生じた残留引張応力に起因してタービンホイールの割れの発生が懸念される。
【0009】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、固定ワイヤを保持するためのワイヤ保持ピンの固定時におけるタービンホイールの外周縁部での残留引張応力の発生を抑制することができるタービンホイール及びタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、タービン動翼を軸方向から挿入して嵌合させるための嵌合溝を形成する植込み部を外周縁部に間隔をあけて複数有し、前記タービン動翼の前記嵌合溝に沿った移動を阻止する環状の固定ワイヤを外周縁部に保持可能なタービンホイールであって、周方向の両側及び径方向内方側が開口するように前記植込み部の軸方向一方側に設けられ、前記固定ワイヤの一部を収容可能な収容部を前記植込み部と共に形成する複数のタブ部と、前記固定ワイヤを前記収容部内に保持するためのワイヤ保持ピンとを備え、前記複数のタブ部のうち幾つかのタブ部は、径方向内端から径方向外方側に向かって延在し前記ワイヤ保持ピンが挿入可能なピンスロット部を有し、前記ワイヤ保持ピンは、前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が小さい第１ピン部と、前記第１ピン部の軸方向一方側に設けられ、前記ピンスロット部のスロット幅よりも幅が大きい第２ピン部とを有し、前記第１ピン部は、互いに離隔可能な複数の分割片を先端部に有し、前記ワイヤ保持ピンは、前記第１ピン部が前記ピンスロット部内に位置すると共に前記第２ピン部が前記収容部内に位置するように配置され、且つ、前記第１ピン部の前記分割片が外側に屈曲されて前記タブ部に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、固定ワイヤの収容部を形成するタービンホイールのタブ部に径方向内端から径方向外方側に向かって延在するピンスロット部を設けると共に、ピンスロット部のスロット幅よりも幅の小さな第１ピン部とスロット幅よりも幅の大きな第２ピン部とを有するワイヤ保持ピンの第１ピン部の先端部に複数の分割片を設けたので、タービンホイールのタブ部をかしめずにワイヤ保持ピンのみをかしめることで、ワイヤ保持ピンをタブ部に固定することができる。したがって、ワイヤ保持ピンの固定時におけるタービンホイールのタブ部での残留引張応力の発生を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたガスタービンを下半部を省略した状態で示す断面図である。
【図4】本発明のタービンホイールの一実施の形態に結合可能なタービン動翼を示す斜視図である。
【図5】本発明のタービンホイールの一実施の形態を構成するホイール本体の一部分を示す正面図である。
【図10】本発明のタービンホイールの一実施の形態におけるワイヤ保持ピンの固定の際の一手順の一例を示す説明図である。
【図11】本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例を構成するワイヤ保持ピンを示す断面図である。
【図12】本発明のタービンホイールの一実施の形態の第２変形例を構成するワイヤ保持ピンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明のタービンホイールの実施の形態及び本発明のタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0014】
［一実施の形態］
まず、本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたガスタービンの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたガスタービンを下半部を省略した状態で示す断面図である。
まず、本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたガスタービンの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたガスタービンを下半部を省略した状態で示す断面図である。
【0015】
図１において、ガスタービンは、圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３とを備えている。圧縮機１は、吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成するものである。燃焼器２は、圧縮機１で生成された圧縮空気を燃料系統（図示せず）からの燃料と混合し燃焼させることで燃焼ガスを生成するものである。本ガスタービンは、例えば、多缶型燃焼器であり、複数の燃焼器２が円環状に間隔をあけて配置されている。タービン３は、燃焼器２で生成された高温高圧の燃焼ガスにより回転駆動され、圧縮機１を駆動すると共に図示しない負荷（発電機，ポンプ，プロセス圧縮機などの被駆動機）を駆動するものである。タービン３には、タービン３の構成部品を冷却する冷却空気として、圧縮機１から抽気された圧縮空気が供給される。
【0016】
圧縮機１は、タービン３により回転駆動される圧縮機ロータ１０と、圧縮機ロータ１０を回転可能に内包する圧縮機ケーシング１５とを備えている。圧縮機１は、例えば、軸流圧縮機である。圧縮機ロータ１０は、軸方向に複数積層された円盤状の圧縮機ホイール１１と、各圧縮機ホイール１１の外周縁部に結合された複数の圧縮機動翼１２とを備えている。圧縮機ロータ１０では、各圧縮機ホイール１１の外周縁部に環状に配列された複数の圧縮機動翼１２により１つの圧縮機動翼列が構成されている。
【0017】
各圧縮機動翼列における作動流体の下流側には、複数の圧縮機静翼１６が環状に配列されている。環状に配列された複数の圧縮機静翼１６により１つの圧縮機静翼列が構成されている。圧縮機静翼列は、圧縮機ケーシング１５の内側に固定されている。圧縮機１では、各圧縮機動翼列とその直ぐ下流側の各圧縮機静翼列とにより１つの段落が構成されている。
【0018】
タービン３は、燃焼器２からの燃焼ガスにより回転駆動されるタービンロータ３０と、タービンロータ３０を回転可能に内包するタービンケーシング３５とを備えている。タービン３は、軸流タービンである。タービンロータ３０とタービンケーシング３５の間には、燃焼ガスが流れる流路Ｐが形成されている。
【0019】
タービンロータ３０は、軸方向に配列された複数のタービンホイール組立体３１と、複数のタービンホイール組立体３１の間に配置されたスペーサ３２とをスタッキングボルト３３により一体に固定することで構成されている。各タービンホイール組立体３１は、環状に配列された複数のタービン動翼４１を外周部に有している。環状に配列された複数のタービン動翼４１は、１つのタービン動翼列を構成する。各タービン動翼列は、流路Ｐ内に配置されている。
【0020】
各タービン動翼列における作動流体の上流側には、複数のタービン静翼３６が環状に配列されている。環状に配列された複数のタービン静翼３６により１つのタービン静翼列が構成されている。タービン静翼列は、タービンケーシング３５の内側に固定されており、流路Ｐ内に配置されている。タービン３では、各タービン静翼列とその直ぐ下流側の各タービン動翼列とにより１つの段落が構成されている。
【0021】
タービンロータ３０は、中間軸３８を介して圧縮機ロータ１０に接続されている。タービンケーシング３５は、圧縮機ケーシング１５に接続されている。
【0022】
次に、本発明のタービンホイールの一実施の形態を含むタービンロータの各部の構成を図２～図５を用いて説明する。図２は図１に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたタービンロータの一部分を拡大した状態で示す断面図である。図３は図２に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態を備えたタービンロータにおけるタービンホイールとタービン動翼との結合構造をIII矢視から見た図である。図４は本発明のタービンホイールの一実施の形態に結合可能なタービン動翼を示す斜視図である。図５は本発明のタービンホイールの一実施の形態を構成するホイール本体の一部分を示す正面図である。
【0023】
図２及び図３に示すように、タービンロータ３０の各タービンホイール組立体３１は、円盤状のタービンホイール４０と、タービンホイール４０の外周縁部に放射状に配列された複数のタービン動翼４１と、タービン動翼４１のタービンホイール４０に対する移動を阻止する固定ワイヤ４２とを備えている。タービンホイール４０は、複数のタービン動翼４１が外周縁部に植込み可能であると共に固定ワイヤ４２を外周縁部に保持可能な円盤状のホイール本体４５と、固定ワイヤ４２がホイール本体４５の外周縁部から脱落することを防止するワイヤ保持ピン４６とを備えている。隣接するホイール本体４５は、スペーサ３２を介して連結されている。スペーサ３２は、隣接するホイール本体４５に向かって延在する腕部３２ａを外周縁部に有している。スペーサ３２の腕部３２ａは、隣接するホイール本体４５との隙間を封止するシール部として機能する。固定ワイヤ４２は、一端部側を他端部側に重ね合わせることで環状の状態でホイール本体４５の外周縁部に保持されるものである。
【0024】
図２～図４において、各タービン動翼４１は、タービンロータ３０の径方向Ｒに延在する翼部５１と、翼部５１の径方向内方Ｒｉ側の端部（根元側の端部）に設けられたプラットフォーム部５２と、プラットフォーム部５２から翼部５１の反対方向に延在するシャンク部５３と、シャンク部５３の径方向内方Ｒｉ側に設けられた翼植込み部５４とが一体に形成されている。すなわち、タービン動翼４１は、翼部５１、プラットフォーム部５２、シャンク部５３、翼植込み部５４が径方向外方Ｒｏ側から径方向内方Ｒｉ側に向かって順に形成された構成である。
【0025】
翼部５１は、横断面形状が翼形状に形成され、燃焼ガスの流路Ｐ（図１参照）内に配置される部分である。翼部５１は、プラットフォーム部５２は、燃焼ガスの流路Ｐ（図１参照）の内周面の一部を画成するものである。シャンク部５３には、例えば、燃焼ガスの侵入を抑制するシールフィン５５が複数（図２及び図４中、４つ）設けられている。複数のシールフィン５５は、例えば、シャンク部５３の軸方向Ａの両壁面から軸方向Ａに延在し、それらの先端部が径方向外側に折れ曲がっている。
【0026】
翼植込み部５４は、図３及び図４に示すように、ホイール本体４５に結合される部分であり、例えば、逆クリスマスツリー型と称する植込み構造を有している。具体的には、翼植込み部５４は、例えば、周方向Ｃの両側に突き出て軸方向Ａに対して略平行な方向に延在する一対の第１フック部５４ａと、一対の第１フック部５４ａに対して周方向Ｃ側に相対的に凹み、軸方向Ａに対して略平行な方向に延在する一対の第１ネック部５４ｂとを径方向に交互に複数組有している。翼植込み部５４における複数組の一対の第１フック部５４ａの位置での周方向Ｃの長さは、径方向内方Ｒｉ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。同様に、翼植込み部５４における複数組の一対の第１ネック部５４ｂの位置での周方向Ｃの長さは、径方向内方Ｒｉ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。
【0027】
翼植込み部５４の軸方向Ａの一方側には、径方向内方Ｒｉ側に向かって突出する第１タブ部５７が設けられている。第１タブ部５７は、周方向Ｃの両側に翼植込み部５４と同様な凹凸形状を有している。すなわち、第１タブ部５７は、周方向Ｃの両側に突き出る一対の第１フック部５７ａと、一対の第１フック部５７ａに対して相対的に周方向Ｃ側に凹む一対の第１ネック部５７ｂとを径方向に交互に複数組有している。第１タブ部５７の周方向Ｃの長さも翼植込み部５４と同様に設定されている。すなわち、第１タブ部５７における複数組の一対の第１フック部５７ａの位置での周方向Ｃの長さは、径方向内方Ｒｉ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。第１タブ部５７における複数組の一対の第１ネック部５７ｂの位置での周方向Ｃの長さは、径方向内方Ｒｉ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。
【0028】
第１タブ部５７は、翼植込み部５４と共に、固定ワイヤ４２の一部を収容する第１収容部５８を形成している。第１収容部５８は、周方向Ｃの両側及び径方向内方Ｒｉ側に開口した空間であり、固定ワイヤ４２を径方向内方Ｒｉ側から挿入可能である。
【0029】
複数のタービン動翼４１のうちの１つタービン動翼４１における第１タブ部５７には、図３に示すように、径方向内端から径方向外方に向かって延在して、第１収容部５８の空間に連通するとともに、径方向内端側が開放されたスリット部５７ｃが設けられている。スリット部５７ｃは、固定ワイヤ４２の取出用の工具の差込及び移動が可能なように形成されている。タービンホイール組立体３１の分解時には、所定の工具をスリット部５７ｃの径方向外端の開放側から差し込んでスリット部５７ｃの径方向内端の開放側まで移動させることで、固定ワイヤ４２を後述の環状のワイヤ収容部７２から取り出すことができる。
【0030】
図２及び図５に示すホイール本体４５は、Ｎｉ基合金を基材として形成されている。ホイール本体４５の径方向Ｒの中間部における環状の厚肉部分には、軸方向Ａ（ホイール本体４５の厚み方向）に貫通するボルト穴６１を複数有している。複数のボルト穴６１は、周方向Ｃに所定の間隔をあけて設けられている。各ボルト穴６１には、スタッキングボルト３３が挿通されている。
【0031】
ホイール本体４５の外周縁部には、図３及び図５に示すように、嵌合溝６３が周方向Ｃに所定の間隔を空けて複数設けられている。嵌合溝６３は、ホイール本体４５の軸方向（図３及び図５中、紙面に直交する方向）の一方側の側面から他方側の側面まで延在する溝部であり、軸方向の両側及び径方向外方Ｒｏ側に開口している。嵌合溝６３は、タービン動翼４１の翼植込み部５４の形状に対して相補形状に形成されており、タービン動翼４１の翼植込み部５４を軸方向から挿入して嵌合させるための部分である。
【0032】
換言すると、ホイール本体４５は、図３に示すように、複数の嵌合溝６３を形成するホイール植込み部６４を外周縁部に所定の間隔をあけて複数有している。各ホイール植込み部６４は、隣接する嵌合溝６３間に位置しており、タービン動翼４１の翼植込み部５４と係合するものである。ホイール植込み部６４は、ホイール本体４５の周方向Ｃの両側に突き出て軸方向に対して略平行な方向に延在する一対の第２フック部６４ａと、一対の第２フック部６４ａに対して周方向Ｃ側に相対的に凹み、軸方向に対して略平行な方向に延在する一対の第２ネック部６４ｂとを径方向に交互に複数組有している。ホイール植込み部６４における複数組の一対の第２フック部６４ａの位置での周方向の長さは、径方向外方Ｒｏ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。同様に、ホイール植込み部６４における複数組の一対の第２ネック部６４ｂの位置での周方向の長さは、径方向外方Ｒｏ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。ホイール植込み部６４の一対の第２フック部６４ａは、タービン動翼４１の翼植込み部５４の第１ネック部５４ｂと係合するものである。ホイール植込み部６４の一対の第２ネック部６４ｂは、タービン動翼４１の翼植込み部５４の第１フック部５４ａと係合するものである。
【0033】
各ホイール植込み部６４の軸方向Ａの一方側には、図２及び図３に示すように、径方向内方Ｒｉ側に向かって突出する第２タブ部６６が設けられている（後述の図６も参照）。第２タブ部６６は、図３に示すように、周方向Ｃの両側にホイール植込み部６４と同様な凹凸形状を有している。すなわち、第２タブ部６６は、周方向Ｃの両側に突き出る一対の第２フック部６６ａと、一対の第２フック部６６ａに対して周方向Ｃ側に相対的に凹む一対の第２ネック部６６ｂとを径方向に交互に複数組有している。第２タブ部６６の周方向Ｃの長さもホイール植込み部６４と同様に設定されている。すなわち、第２タブ部６６における複数組の一対の第２フック部６６ａの位置での周方向Ｃの長さは、径方向外方Ｒｏ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。第２タブ部６６における複数組の一対の第２ネック部６６ｂの位置での周方向Ｃの長さは、径方向外方Ｒｏ側に向かって徐々に短くなるように設定されている。第２タブ部６６の一対の第２フック部６６ａは、タービン動翼４１の第１タブ部５７の第１ネック部５７ｂと係合するものである。第２タブ部６６一対の第２ネック部６６ｂは、タービン動翼４１の第１タブ部５７の第１フック部５７ａと係合するものである。
【0034】
第２タブ部６６は、図２に示すように、ホイール植込み部６４と共に、固定ワイヤ４２の一部を保持する第２収容部７０を形成している（後述の図６も参照）。第２収容部７０は、周方向の両側及び径方向内方Ｒｉ側に開口した空間であり、固定ワイヤ４２を径方向内方Ｒｉ側から挿入可能である。
【0035】
ホイール本体４５の嵌合溝６３にタービン動翼４１の翼植込み部５４が嵌合された状態においては、図３に示すように、ホイール本体４５の複数の第２タブ部６６と複数のタービン動翼４１の複数の第１タブ部５７とが交互に係合することで、ホイール本体４５の複数の第２収容部７０と複数のタービン動翼４１の複数の第１収容部５８とが交互に繋がり環状のワイヤ収容部７２が形成されている。ワイヤ収容部７２は、径方向内方Ｒｉ側に開口する環状の空間であり、固定ワイヤ４２を径方向内方Ｒｉ側から挿入して固定ワイヤ４２の全体を収容する部分である。固定ワイヤ４２は、環状のワイヤ収容部７２に収容されることで、複数のタービン動翼４１の翼植込み部５４のホイール本体４５の嵌合溝６３に沿った移動を阻止するものである。
【0036】
次に、本発明のタービンホイールの一実施の形態における固定ワイヤの保持構造を図５～図９を用いて説明する。図６は図２の符号Ｚで示す本発明のタービンホイールの一実施の形態における固定ワイヤの保持構造を示す断面図である。図７は図６に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態における固定ワイヤの保持構造を矢視VIIから見た図である。図８は図６に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態における固定ワイヤの保持構造を矢視VIII－VIIIから見た断面図である。図９は図７に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態における固定ワイヤの保持構造の一部を構成するワイヤ保持ピンを矢視XI－XIから見た断面図である。
【0037】
図６及び図７において、ホイール本体４５の第２タブ部６６には、第２タブ部６６の径方向内端から径方向外方Ｒｏ側に向かって延在するピンスロット部６７が形成されている。ピンスロット部６７は、径方向内端側が開放されている一方、径方向外端側が第２収容部７０の径方向外方Ｒｏ側の端部に収容された固定ワイヤ４２の位置よりも径方向内方Ｒｉ側に位置するように形成されている。ピンスロット部６７は、ワイヤ保持ピン４６の挿入及び移動が可能なものである。ピンスロット部６７は、例えば図５に示すように、周方向に配列する複数の第２タブ部６６に対して１つ置きに設けられている。
【0038】
図６～図８に示すように、第２タブ部６６におけるピンスロット部６７の径方向外方Ｒｏ側の端部における外表面の開口縁部には、座ぐり部６８が形成されている。座ぐり部６８は、かしめられたワイヤ保持ピン４６が接触する部分である。
【0039】
図６に示すように、ワイヤ保持ピン４６は、固定ワイヤ４２をワイヤ収容部７２内に保持するものである。ワイヤ保持ピン４６は、図６及び図８に示すように、段付き構造のかしめピンであり、ワイヤ保持ピン４６の軸方向に直交する段差面８１を有している。具体的には、ワイヤ保持ピン４６は、図７及び図８に示すように、ピンスロット部６７のスロット幅よりも幅（外径）が僅かに小さい第１ピン部８４と、第１ピン部８４の軸方向一方側に一体に設けられ、ピンスロット部６７のスロット幅よりも幅（外径）が大きい第２ピン部８５とで構成されている。第１ピン部８４の長さは、図６及び図８に示すように、ホイール本体４５の第２タブ部６６の厚みよりも大きくなるように設定されている。第２ピン部８５の長さは、ホイール本体４５の第２収容部７０の幅よりも小さくなるように設定されている。ワイヤ保持ピン４６は、耐熱性に優れた材料を基材として形成されている。
【0040】
【0041】
第１ピン部８４の先端部には、図６、図７、及び図９に示すように、第１ピン部８４の軸方向に延在する２つのスリット８８が設けられている。２つのスリット８８は、ワイヤ保持ピン４６の中心線を中心とした点対称な位置に形成されている。すなわち、第１ピン部８４は、先端部が２分割の構造であり、互いに離隔可能に分割された２つの分割片８９を先端部に有している。
【0042】
ワイヤ保持ピン４６は、図６及び図７に示すように、２つのスリット８８の並び方向がピンスロット部６７の延在方向に対して略平行となるように配置されている。換言すると、ワイヤ保持ピン４６は、２つの分割片８９の並び方向がピンスロット部６７の延在方向に対して略直交するように配置されている。ワイヤ保持ピン４６は、図８に示すように、第１ピン部８４がピンスロット部６７内に位置すると共に第２ピン部８５が第２収容部７０内に位置するように配置され、且つ、第１ピン部８４の先端部の２つの分割片８９がそれぞれ外側へ屈曲されてホイール本体４５の第２タブ部６６の座ぐり部６８の表面に押し当てられることで、第２タブ部６６に固定されるように構成されている。また、ワイヤ保持ピン４６は、段差面８１が第２タブ部６６の第２収容部７０側の壁面に押し当てられるように構成されている。
【0043】
次に、本発明のタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法の実施の形態を図２～図７及び図１０を用いて説明する。図１０は本発明のタービンホイールの一実施の形態におけるワイヤ保持ピンの固定の際の一手順の一例を示す説明図である。
【0044】
前段階の第１段階として、ホイール本体４５に複数のタービン動翼４１を組み込む。具体的には、図５に示すホイール本体４５の複数の嵌合溝６３の各々に対して図４に示すタービン動翼４１の翼植込み部５４を軸方向から挿入し嵌合させる。これにより、図３に示すように、ホイール本体４５の複数の第２タブ部６６と複数のタービン動翼４１の複数の第１タブ部５７とが交互に係合し、ホイール本体４５の複数の第２収容部７０と複数のタービン動翼４１の複数の第１収容部５８とが交互に繋がり環状のワイヤ収容部７２が形成される。
【0045】
前段階の第２段階として、図２及び図３に示すように、ワイヤ収容部７２に固定ワイヤ４２を収容する。具体的には、固定ワイヤ４２をワイヤ収容部７２の径方向内方Ｒｉ側の開口から挿入し、固定ワイヤ４２の一端部側を他端部側に重ね合わせて環状にする。これにより、環状のワイヤ収容部７２内に環状の固定ワイヤ４２が配置される。
【0046】
前段階の終了後、ワイヤ収容部７２内に固定ワイヤ４２を保持するために、図６に示すように、ワイヤ保持ピン４６をホイール本体４５に固定する。具体的には、先ず、ホイール本体４５の複数の第２タブ部６６の各々のピンスロット部６７に対して、ワイヤ保持ピン４６の第２ピン部８５を第２収容部７０側に位置させた状態で、ピンスロット部６７の径方向内端の開放側からワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４を挿入する。このとき、図７に示すように、ワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４の２つの分割片８９の並び方向がピンスロット部６７の延在方向に対して略直交するようにワイヤ保持ピン４６を配置する。
【0047】
次いで、ワイヤ保持ピン４６をピンスロット部６７に沿って移動させてピンスロット部６７の径方向外方Ｒｏ側の端部に当接させる。これにより、図６に示すように、ワイヤ保持ピン４６の第２ピン部８５が第２収容部７０内において固定ワイヤ４２よりも径方向内方Ｒｉ側の位置に配置される。
【0048】
その後、図１０に示すように、ワイヤ保持ピン４６の第２ピン部８５の端面とホイール本体４５のホイール植込み部６４の軸方向の壁面との隙間にシム１００を配置する。これにより、ワイヤ保持ピン４６の段差面８１を第２タブ部６６の第２収容部７０側の壁面に押し当てることができる。
【0049】
ワイヤ保持ピン４６の段差面８１を第２タブ部６６の壁面に押し当てた状態で、ワイヤ保持ピン４６の２つの分割片８９をそれぞれ外側へ屈曲させて第２タブ部６６の座ぐり部６８の表面に押し当てるようにかしめる。具体的には、例えば、工具を図７に示すワイヤ保持ピン４６の中空部８２へ差し込む。これにより、図１０に示すように、２つの分割片８９がそれぞれ容易に外側へ押し曲げられて第２タブ部６６の座ぐり部６８の表面に押し当てられる。ワイヤ保持ピン４６をかしめて第２タブ部６６に固定した後に、シム１００を抜き取って回収する。
【0050】
このように、本実施の形態においては、ワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４が第２タブ部６６のピンスロット部６７に位置すると共に第２ピン部８５がホイール本体４５の第２収容部７０内に位置するように、ワイヤ保持ピン４６をピンスロット部６７に挿入し、ワイヤ保持ピン４６をピンスロット部６７の径方向外方Ｒｏ側の端部に当接させ、ワイヤ保持ピン４６の２つの分割片８９を外側へ屈曲させて第２タブ部６６に押し付けることで、ワイヤ保持ピン４６を第２タブ部６６に固定している。したがって、ホイール本体４５の第２タブ部６６をかしめることなく、ワイヤ保持ピン４６を第２タブ部６６に固定することができる。
【0051】
また、第２収容部７０内に配置された固定ワイヤ４２よりも径方向内方Ｒｉ側の位置で複数のワイヤ保持ピン４６を第２タブ部６６に固定することで、固定ワイヤ４２の径方向内方Ｒｉ側への移動を規制することができる。したがって、固定ワイヤ４２のワイヤ収容部７２内からの脱落を防止し、固定ワイヤ４２をワイヤ収容部７２内に保持することができる。
【0052】
また、固定ワイヤ４２が複数のワイヤ保持ピン４６によりワイヤ収容部７２内に保持されることで、各タービン動翼４１の翼植込み部５４に隣接するホイール本体４５のホイール植込み部６４を跨るように固定ワイヤ４２が延在する。このため、タービン動翼４１の翼植込み部５４のタービンホイール４０の嵌合溝６３に沿った移動を固定ワイヤ４２によって阻止することができる。
【0053】
上述したように、本発明のタービンホイールの一実施の形態及び本発明のタービンホイールにおけるワイヤ保持ピンの固定方法の実施の形態によれば、固定ワイヤ４２の第２収容部（収容部）７０を形成するタービンホイール４０の第２タブ部（タブ部）６６に径方向内端から径方向外方Ｒｏ側に向かって延在するピンスロット部６７を設けると共に、ピンスロット部６７のスロット幅よりも幅の小さな第１ピン部８４とスロット幅よりも幅の大きな第２ピン部８５とを有するワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４の先端部に２つ（複数）の分割片８９を設けたので、タービンホイール４０の第２タブ部（タブ部）６６をかしめずにワイヤ保持ピン４６のみをかしめることで、ワイヤ保持ピン４６をタブ部６６に固定することができる。したがって、ワイヤ保持ピン４６の固定時におけるタービンホイール４０の第２タブ部（タブ部）６６での残留引張応力の発生を抑制することができる。
【0054】
また、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６を段差面８１を有する段付き構造にすると共に、ワイヤ保持ピン４６の段差面８１をタービンホイール４０の第２タブ部６６の第２収容部７０側の壁面に押し当てるように構成したので、ワイヤ保持ピン４６と第２タブ部６６の接触面積が大きくなり、ワイヤ保持ピン４６を更に強固に固定することができる。
【0055】
さらに、本実施の形態によれば、タービンホイール４０の第２タブ部６６に形成したピンスロット部６７の径方向外方Ｒｏ側の端部における外表面側の開口縁部に座ぐり部６８を設けたので、ワイヤ保持ピン４６と第２タブ部６６の接触面積が大きくなり、ワイヤ保持ピン４６を更に強固に固定することができる。
【0056】
また、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６に中空部８２を設けているので、ワイヤ保持ピン４６の中空部８２に第１ピン部８４側から所定の工具を差し込むことで、ワイヤ保持ピン４６の分割片８９を容易にかしめることができる。したがって、タービンホイール組立体３１の組立性が向上する。
【0057】
さらに、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４における中空部８２の開口縁部に面取部８７を設けたので、中空部８２に所定の工具を容易に差し込むことができ、ワイヤ保持ピン４６の分割片８９のかしめが容易となる。したがって、タービンホイール組立体３１の組立性が向上する。
【0058】
また、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６の分割片８９を２つとしたので、タービンホイール組立体３１の分解の際に、ワイヤ保持ピン４６のタービンホイール４０の第２タブ部６６からの取り外しが容易である。
【0059】
また、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６の２つの分割片８９の並び方向がタービンホイール４０の第２タブ部６６に設けたピンスロット部６７の延在方向に対して直交するようにワイヤ保持ピン４６を配置したので、２つの分割片８９をかしめた際に確実に第２タブ部６６に押し当てることができる。
【0060】
また、本実施の形態によれば、ワイヤ保持ピン４６のピンスロット部６７の径方向外方Ｒｏ側の端部への当接後にワイヤ保持ピン４６とホイール植込み部６４との隙間にシム１００を配置し、当該シム１００をワイヤ保持ピン４６の固定後に抜き取るようにしたので、ワイヤ保持ピン４６の第２ピン部８５をタービンホイール４０の第２タブ部６６に押し当てた状態でワイヤ保持ピン４６の分割片８９をかしめることができる。その結果、ワイヤ保持ピン４６を更に強固に第２タブ部６６に固定することができる。
【0061】
［一実施の形態の変形例］
次に、本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例及び第２変形例を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例におけるワイヤ保持ピンを示す断面図である。図１２は本発明のタービンホイールの一実施の形態の第２変形例におけるワイヤ保持ピンを示す断面図である。なお、図１１及び図１２において、図１～図１０に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例及び第２変形例を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例におけるワイヤ保持ピンを示す断面図である。図１２は本発明のタービンホイールの一実施の形態の第２変形例におけるワイヤ保持ピンを示す断面図である。なお、図１１及び図１２において、図１～図１０に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【0062】
図１１に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例は、一実施の形態のワイヤ保持ピン４６が中空構造であるのに対して（図９参照）、ワイヤ保持ピン４６Ａが中実構造のものである。具体的には、ワイヤ保持ピン４６Ａは、第１の実施の形態と同様に、第１ピン部８４Ａと第２ピン部８５Ａとで構成された段付きの中実構造のかしめピンである。第１ピン部８４Ａには、先端部を２分割する直線状の溝部８８Ａが設けられている。すなわち、第１ピン部８４Ａは、互いに離隔可能に溝部８８Ａにより分割された２つの分割片８９Ａを先端部に有している。第１ピン部８４Ａの溝部８８Ａの端面側の開口縁には面取部８７Ａが設けられている。
【0063】
ワイヤ保持ピン４６Ａは、第１ピン部８４Ａの溝部８８Ａの長手方向がピンスロット部６７の延在方向と略平行となるように配置される。換言すると、ワイヤ保持ピン４６Ａは、２つの分割片８９Ａの並び方向がピンスロット部６７の延在方向に対して略直交するように配置される。ワイヤ保持ピン４６Ａは、第１ピン部８４Ａの先端部の２つの分割片８９Ａがそれぞれ外側へ屈曲されてホイール本体４５の第２タブ部６６の座ぐり部６８の表面に押し当てられることで、第２タブ部６６に固定されるように構成されている。ワイヤ保持ピン４６は、例えば、マイナスドライバのような工具で２つの分割片８９を外側へ押し広げてかしめることが可能である。
【0064】
図１２に示す本発明のタービンホイールの一実施の形態の第２変形例は、一実施の形態のワイヤ保持ピン４６の第１ピン部８４の先端部が２分割の構造であるのに対して（図７及び図９参照）、ワイヤ保持ピン４６Ｂの第１ピン部８４Ｂの先端部が４分割の構造のものである。具体的には、第１ピン部８４Ｂの先端部には、第１ピン部８４Ｂの軸方向に延在する４つのスリット８８Ｂが設けられている。４つのスリット８８Ｂは、ワイヤ保持ピン４６Ｂの中心点を中心としてそれぞれ９０度回転した位置に形成されている。すなわち、第１ピン部８４Ｂは、互いに離隔可能に分割された４つの分割片８９Ｂを先端部に有している。ワイヤ保持ピン４６Ｂは、第１ピン部８４Ｂの先端部の４つの分割片８９Ｂがそれぞれ外側へ屈曲されてホイール本体４５の第２タブ部６６に押し当てられることで、第２タブ部６６に固定されるように構成されている。
【0065】
上述した本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例及び第２変形例によれば、前述した一実施の形態と同様に、タービンホイール４０の第２タブ部６６をかしめずにワイヤ保持ピン４６Ａ、４６Ｂのみをかしめることで、ワイヤ保持ピン４６Ａ、４６Ｂをタブ部６６に固定することができる。したがって、ワイヤ保持ピン４６Ａ、４６Ｂの固定時におけるタービンホイール４０の第２タブ部６６での残留引張応力の発生を抑制することができる。
【0066】
また、上述した本発明のタービンホイールの一実施の形態の第１変形例によれば、ワイヤ保持ピン４６Ａを中実構造としたので、ワイヤ保持ピン４６Ａの製作が一実施の形態における中空構造のワイヤ保持ピン４６よりも容易である。
【0067】
また、上述した本発明のタービンホイールの一実施の形態の第２変形例によれば、ワイヤ保持ピン４６Ｂが４つの分割片８９Ｂを有するので（ワイヤ保持ピン４６Ｂの先端部を４分割の構造としたので）、ワイヤ保持ビン４６Ｂをピンスロット部６７に挿入する際に、ワイヤ保持ビン４６Ｂの４つの分割片８９Ｂの位置をピンスロット部６７の延在方向に対して調整する必要がない。すなわち、４つの分割片８９Ｂを任意の位置でワイヤ保持ビン４６Ｂの第１ピン部８４Ｂをピンスロット部６７に挿入しても、４つの分割片８９Ｂのうちの少なくとも２つの分割片８９Ｂを第２タブ部６６に押し付けることが可能である。それに対して、一実施の形態のワイヤ保持ピン４６では、２つの分割片８９の並び方向をピンスロット部６７の延在方向に配置して第１ピン部８４をピンスロット部６７に挿入すると、一方の分割片８９を第２タブ部６６に押し付けることができない虞がある。したがって、ワイヤ保持ビン４６Ｂの組立性が一実施の形態の場合よりも向上する。
【0068】
［その他の実施形態］
なお、本発明は上述した一実施の形態及びその変形例に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
なお、本発明は上述した一実施の形態及びその変形例に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【0069】
例えば、上述した一実施の形態及びその変形例においては、分割片８９、８９Ａ、８９Ｂを２つ及び４つ有するワイヤ保持ピン４６、４６Ａ、４６Ｂの構成の例を示したが、ワイヤ保持ピンが分割片を２つ及び４つ以外の複数有する構成も可能である。すなわち、ワイヤ保持ピンの第１ピン部の先端部に複数の分割片を設ける構成が可能である。ワイヤ保持ピンの複数の分割片をかしめることで、第２タブ部６６をかしめることなく、ワイヤ保持ピンを第２タブ部６６に固定することができる。
【符号の説明】
【0070】
４０…タービンホイール、 ４１…タービン動翼、 ４２…固定ワイヤ、 ４６、４６Ａ、４６Ｂ…ワイヤ保持ピン、 ６３…嵌合溝、 ６４…ホイール植込み部（植込み部）、 ６６…第２タブ部、 ６７…ピンスロット部、 ６８…座ぐり部、 ７０…第２収容部、 ８１…段差面、 ８２…中空部、 ８４、８４Ａ、８４Ｂ…第１ピン部、 ８５…第２ピン部、 ８７…面取部、 ８９、８９Ａ、８９Ｂ…分割片、 １００…シム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】